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《天然》子刊同期刊发两篇重磅论文:月球上的水许多

是的,月球上有水。这个成果再一次被证明,未来人类甚至或许更广泛地收集到它们。

美国国家航空航天局的最新研讨发现,月球上或许有多达 6 亿吨的水冰,有一天有望协助登月者长时间生计,它甚至能够变成因地制宜的火箭燃料,只需求将水分解为氧气和氢气,然后保存。

从前,咱们从未知道月球上实践上有多少水,这些资源究竟存储在什么当地,以及怎么获取和提炼,科学家们也从未真实了解过那里的水是怎么发生的。

咱们依然没有这些问题的切当答案,可是 10 月 26 日宣布在《天然地理学》上的两项新研讨确证,月球上的水并未如科学家们从前想过的那样彻底被躲藏起来,一些水冰或许就埋在月球暗影的土壤中。

美国宇航局天体物理学部分主任保罗?赫兹在周一的新闻发布会上说:“这些发现标明,水或许分布在整个月球外表,而不只限于月球南北极邻近阴冷的当地。”

图|科学家对月球水资源分布的猜测图

两项地理研讨论文一起宣布

同一时间宣布在《天然地理学》杂志上的两篇论文,发生了一些让人激动的关联性见地。

其间一项,研讨人员以为他们直接在月球外表勘探到了水分子的分布;另一项研讨,则是依据数据模型估测,水冰或许被封存在遍及月球外表的巨细陨石坑和暗影中,使得月球水资源比咱们幻想的更丰厚、更简单获取。

第一篇论文名为 “Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA”,即运用 SOFIA 在阳光照耀的月球外表检测到分子水。

SOFIA 是一个平流层红外地理台,它的外观是一架波音 747SP 飞机,经过改装,搭载了一个 2.7 米反射望远镜。当它飞在 12000-15000 米的高空平流层时,能够大幅下降地球大气层对红外地理观测的影响,从而使地理学家能够以地上望远镜无法做到的办法,研讨太阳系内层及其他规模的天体。

图|SOFIA 翻开望远镜舱门,飞过内华达山脉上空

在这项试验中,研讨人员依据 SOFIA 渠道对月球进行观测,它运用的是天体化学中最常用的办法 —— 光谱剖析法。经过红外光谱检测剖析,研讨人员预算出水分子的丰度约为每克土壤含 100 至 400 微克 。

经过不同纬度区域的扫描观测,科学家发现,在勘探到的高纬度区域,显现出较高的分子水丰度;在低纬度区域,大部分方位都没有发现水合效果,可是在部分地质裂缝或火山碎屑堆积物地带是破例,也能调查到分子水。科学家由此估测,月球水资源在低纬度区域的分布或许是部分地质活动的成果,而非遍及现象。

图|丈量方位图

科学家总结,现在勘探到的大部分水储存在月球外表特别的 “玻璃珠” 物质中,或许储存在远离月球恶劣环境的特别地质结构中,这样水才干留在月球外表。

图|不同纬度下,SOFIA 在 6 ?m和 3 ?m下丈量的分子水丰度当量数据

另一篇研讨论文名为 “Micro cold traps on the Moon”,更多是一项估测研讨。

由于高温文直接太阳照耀下的快速蒸发,即使月球上有水,其在月球的大部分外表上都是不或许安稳存在的。

可是,水冰的办法则有或许。由于月球外表的特别地势加上自旋规则,月球外表存在许多永久暗影区域,在某些极地 PSR 中,温度足够低,因而能以水冰的办法长时间封存水资源,这些区域被称为 “冷阱”,经过某些地理碰击或许意想不到的其它办法在月球上发生了水,终究或许会以冰的办法冷滞于月球南北极。

图|一系列月球上上的暗影地带

研讨人员运用理论模型和来自 “月球侦查轨迹” 的数据,在大的暗影区之外,估量了 1 cm-1 km 标准巨细的暗影的奉献,这些微冷阱是月球上数量很多,其间约有 10%-20% 的永久性冷阱区域被发现或许含有水。考虑到一切空间标准,或许含有水冰的总面积约为 40000 平方千米,这大大超过了从前的估量,其间约 60%坐落月球南部。科学家在大于 80° 的纬度处发现了能用于储存水冰的冷阱。

这些成果标明,被封存在月球极地的水或许比从前以为的分布更广泛,有望作为未来登月使命的资源。

图|阿耳特弥斯方案在月球建造基地的想象

达观背面的未知数

“这是咱们第一次能够肯定地说水分子遍及存在于月球外表上。” 美国宇航局戈达德太空飞行中心的研讨员,《世界水土保持研讨》的首要作者凯西?霍尼鲍尔表明。

SOFIA 的调查成果标明,水分子或许以特别的办法结合到了月球外表的一些 “玻璃珠” 特别结构中,使水分子能够接受阳光照耀,这些 “玻璃珠” 分布在整个月球外表的土壤中,依照现在的数据暗地,所含的水量相当于每立方米土壤中有 350 毫升水。

乍一看,这对人类探究月球甚至开辟月球极地来说是个天大的好消息,可是,这项研讨依然存在许多未知数。

咱们水像预期那般被封存在玻璃珠中,那将需求很多的作业才干提取出来。霍尼鲍尔弥补说:“提取水的办法是熔化玻璃,以便释放水。” “与其他一些办法比较,这是一个耗费进程。” 在月球上大功耗的作业现在或许不太实践。

当涉及到细小的冷阱时,科学家实践上也不彻底确认是否有水冰潜在于其间,尽管它们的条件或许正好合适储存水冰,但研讨人员并没有直接发现冷阱中的水。

玻璃珠中所含的水量很少,但对人类有用,其他暗影区域的水含量或许更高,关于一个长时间以来被以为是干旱和逝世的星球来说,这些发现好像难以了解。“这是一个新的范畴,咱们从前没有真实细心研讨过。” 克莱夫?尼尔说,他是圣母大学的行星地质学家。

相关研讨现在并不完美。关于这些含水玻璃珠是怎么构成的,现在没有清晰的解说。霍尼鲍尔以为它们很或许来自小行星或彗星碰击,也或许是古代月球火山活动的成果。尼尔指出,SOFIA 的研讨尚不能供给一个完好的参阅,水分子在整个月球周期中是怎么改动的,仍需求很多的调查来证明这两项研讨的可靠性。

图|用于勘探水冰的月球着陆器概念图

值得重视的是,在阿耳特弥斯方案带领宇航员重返月球的预备阶段,美国宇航局还在方案发射一系列机器人使命,或将有助于确认月球上的水冰含量。

这些使命中最有目共睹的是 VIPER,这是一项方案于 2022 年发射的月球南极周游车使命,搭载了中子光谱仪和一台针对 “风化层和冰层” 的专业钻探设备来勘探,方针是评价月球外表及以下积冰的痕迹;在此之前,一家名为 Intuitive Machines 的私家公司表明,他们也方案在 2022 年将机器人着陆器送至月球外表,并装备与 VIPER 相同的钻头,该使命也将与 NASA 协作,证明钻机是否能够有用作业并获取其间的一些水冰样本。

依据现在新的发现,美国宇航局或许会挑选略微改动 VIPER 的方针以研讨外星球地表水分子,并细心调查微型冷阱怎么有用地保存水资源。

重返月球有了更多希望

“咱们越看月亮,好像越不了解它。现在,咱们有更多的理由重返月球。咱们有必要深入研讨并获取样本,并树立监控站,以实践获取确认的数据来研讨在月球上的水循环。” 尼尔指出。

到现在为止,在月球上寻觅水冰的办法,一向会集在月球最冷的当地,比方那些大型极地环形山的暗影中,惋惜的是,那里的温度下降到了零下 200 摄氏度,降落到那里的飞行器或许会遇到意外难以脱离。现在研讨的这些微型冷阱或许存在水冰,但难以估量其堆积深度。

月球上积累的冰层能够像年轮相同记载数十亿年的太阳系前史,但怎么深入研讨依然是一个悬而未决的问题。

月球上发现水分子并不是新鲜事,科学家早在几十年前就发现了或许的水痕迹。

大约 40 年前,美国宇航局阿波罗使命带回的月球土壤样本的确显现出了水的痕迹,但其时大多数研讨样本的科学家都以为,这些数据来自休斯顿湿润空气的 “污染”,在美国宇航局约翰逊航天中心对岩石进行剖析之前被渗入了。

2009 年,印度的月球勘探器 “月船 1 号” 发回的月球外表光谱中发现了水元素的谱线,科学家据此以为月球外表的大部分区域存在水分子。近年来,许多勘探使命都发现了月球外表存在水或水冰的痕迹,但都缺少确凿的依据或许取得样本什物,本次研讨无疑强化证明了之前的估测。

人类尽管从前成功登月,但迄今对月球上的资源了解并不算太多。咱们人类能创造出新技能对月球水冰进行挖掘,无疑将敞开人类太空探究的新纪元,由于它不只能够满意宇航员在月球基地中的呼吸、饮水需求,并且能制成火箭燃料,为更悠远的星际游览作预备。

不论是对月球仍是火星,前期探究都只能供给微观的参阅,更实践的方案或许还需求树立长时间有科学家驻扎的月球基地,深度研讨月球资源的可运用性。

或许,2024 年带领人类重返月球的阿耳特弥斯方案,能真实揭晓月球水资源的奥秘面纱。

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